一種基底支撐聚合物薄膜黏流溫度的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基底支撐聚合物薄膜黏流溫度的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物的流變性能是指導(dǎo)聚合物材料成型加工的重要基礎(chǔ)。黏流轉(zhuǎn)變是聚合物從高彈態(tài)往黏流態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，對(duì)應(yīng)的溫度為黏流溫度(Tf)。黏流溫度是非晶態(tài)聚合物的重要性能參數(shù)，與材料的加工、成型密切相關(guān)，是非晶態(tài)高分子發(fā)生黏性流動(dòng)的起始溫度，對(duì)應(yīng)于熱熔材料的最低加工溫度。一般而言，聚合物的成型溫度應(yīng)高于其黏流溫度。同時(shí)，黏流溫度與高分子鏈的運(yùn)動(dòng)行為密切相關(guān)，溫度高于黏流溫度后，高分子鏈的松弛時(shí)間大大縮短，整個(gè)分子鏈能夠發(fā)生運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生不可逆形變，使聚合物的成型和加工變得容易。黏流溫度受聚合物分子量、分子結(jié)構(gòu)、外力大小等因素影響。研究聚合物黏流溫度與聚合物結(jié)構(gòu)、分子量等的關(guān)系對(duì)于構(gòu)建聚合物凝聚態(tài)體系的結(jié)構(gòu)模型及其分子運(yùn)動(dòng)的物理圖像也具有非常重要的意義。
[0003]聚合物薄膜被廣泛應(yīng)用于納米材料領(lǐng)域。以聚合物薄膜作為載體，利用各種微納米加工技術(shù)，可在薄膜表面制備各種納米圖案化結(jié)構(gòu)，進(jìn)而制備有機(jī)光電材料、微電子器件等納米功能材料。顯然，成型、加工條件對(duì)聚合物納米材料的性能具有重要影響。優(yōu)化聚合物納米材料成型工藝，需要對(duì)聚合物薄膜的黏流溫度等流變性能有深刻認(rèn)識(shí)。由于受限效應(yīng)，聚合物薄膜的流變行為偏離于本體。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚合物薄膜厚度降低至幾百納米以下時(shí)，聚合物薄膜的物理化學(xué)性質(zhì)開始與其本體性質(zhì)發(fā)生偏離;厚度越低，偏離的程度越大。例如，研究發(fā)現(xiàn)聚合物薄膜黏度隨聚合物薄膜厚度降低而減小；聚合物薄膜具有比本體更強(qiáng)的流動(dòng)能力，具有比本體更低的屈服應(yīng)力。然而，傳統(tǒng)的測量本體聚合物流變性質(zhì)的方法(如流變儀、靜態(tài)力學(xué)分析儀)并不適用于納米尺度聚合物薄膜的研究。目前準(zhǔn)確測量聚合物薄膜特別是基底支撐的聚合物薄膜的黏流溫度仍然是學(xué)界的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基底支撐聚合物薄膜黏流溫度的測量方法，能夠準(zhǔn)確的測定基底支撐聚合物薄膜的黏流溫度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種基底支撐聚合物薄膜黏流溫度的測量方法，包括以下步驟:
[0007](I)將基底支撐聚合物薄膜加熱至溫度T并維持溫度恒定；
[0008](2)將測試液體置于步驟(I)所述維持溫度恒定的聚合物薄膜表面，形成液滴，記錄液滴在聚合物薄膜表面的放置時(shí)間t;
[0009](3)將步驟(2)中所述聚合物薄膜冷卻，除去所述聚合物薄膜表面的液滴，在所述除去液滴的聚合物薄膜表面的聚合物/液滴/空氣三相線處形成潤濕脊，測量潤濕脊的高度h；
[0010](4)改變所述聚合物薄膜的加熱溫度T，測量液滴在不同溫度聚合物表面放置后所形成潤濕脊的高度h;以步驟(3)中所述潤濕脊的高度h對(duì)步驟(I)中所述聚合物薄膜的溫度T作圖，得到h?T關(guān)系曲線；
[0011]當(dāng)步驟(I)中所述聚合物薄膜中聚合物的重均分子量大于纏結(jié)分子量時(shí)，所述h?T關(guān)系曲線包括玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)、橡膠彈性平臺(tái)區(qū)和黏性流動(dòng)區(qū)；
[0012]將所述橡膠彈性平臺(tái)區(qū)代表的直線向高溫方向延伸，并將所述黏性流動(dòng)區(qū)代表的直線向低溫方向延伸，兩條直線相交時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為所述聚合物薄膜的黏流溫度Tf。
[0013]優(yōu)選的，步驟(I)中所述聚合物薄膜的厚度為10?lOOOnm。
[OOM]優(yōu)選的，步驟(I)中所述聚合物薄膜的厚度為50?500nm。
[0015]優(yōu)選的，步驟(I)中所述聚合物薄膜中聚合物為線性聚合物。
[0016]優(yōu)選的，所述線性聚合物包括聚苯乙烯及其衍生物、甲基丙烯酸酯類聚合物、聚乙烯基叔丁基醚、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚苯醚、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、氟乙烯類聚合物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚乳酸、尼龍、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚砜、聚醚中的一種或幾種的共混物，或幾種的共聚物。
[0017]優(yōu)選的，步驟(I)中所述聚合物薄膜的溫度T為(Tg_15°C)?(Tg+150°C);所述TgS聚合物的玻璃化溫度。
[0018]優(yōu)選的，步驟(2)中所述測試液體包括甘油、乙二醇、聚乙二醇齊聚物、聚環(huán)氧乙烷齊聚物、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺或離子液體。
[0019]優(yōu)選的，所述離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸鹽。
[0020]優(yōu)選的，步驟(2)中所述液滴的直徑為2?7_。
[0021]優(yōu)選的，步驟(3)中所述冷卻是采用冷卻介質(zhì)將所述聚合物薄膜冷卻至室溫；
[0022]所述冷卻介質(zhì)包括冰袋、液氮、干冰或低溫金屬板。
[0023]本發(fā)明提供了一種基底支撐聚合物薄膜黏流溫度的測量方法，首先將基底支撐聚合物薄膜加熱至溫度T并維持溫度恒定;然后將測試液體置于所述維持溫度恒定的聚合物薄膜表面，形成液滴，并使液滴在薄膜表面放置一定時(shí)間。將聚合物薄膜冷卻，除去聚合物薄膜表面的液滴，在所述除去液滴的聚合物薄膜表面的聚合物/液滴/空氣三相線處形成潤濕脊，測量潤濕脊的高度；以所述潤濕脊的高度h對(duì)所述聚合物薄膜的溫度T作圖，得到h?T關(guān)系曲線，當(dāng)所述聚合物薄膜中聚合物的重均分子量大于纏結(jié)分子量時(shí)，所述h?T關(guān)系曲線包括玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)、橡膠彈性平臺(tái)區(qū)和黏性流動(dòng)區(qū)；將所述橡膠彈性平臺(tái)區(qū)代表的直線向高溫方向延伸，并將所述黏性流動(dòng)區(qū)代表的直線向低溫方向延伸，兩條直線相交時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度即為所述聚合物薄膜的黏流溫度Tf。本發(fā)明提供的測量方法能夠準(zhǔn)確測定聚合物薄膜黏流溫度，操作方法簡單、成本低、適應(yīng)性廣。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中PS薄膜表面潤濕脊的形貌圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中PS薄膜表面潤濕脊形貌的橫截面圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中PS薄膜表面潤濕脊的高度h與PS薄膜的溫度T的h?T關(guān)系圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中PS薄膜表面潤濕脊的高度h與PS薄膜的溫度T的h?T關(guān)系圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中PS薄膜表面潤濕脊的高度h與PS薄膜的溫度T的h?T關(guān)系圖；
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)施例4中PS薄膜表面潤濕脊的高度h與PS薄膜的溫度T的h?T關(guān)系圖；
[0030]圖7利用本發(fā)明測量方法測得本發(fā)明實(shí)施例4中PS薄膜的黏流溫度及文獻(xiàn)值與PS重均分子量的關(guān)系圖；
[0031]圖8為本發(fā)明實(shí)施例5中PS薄膜表面潤濕脊的高度h與PS薄膜的溫度T的h?T關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明提供了一種基底支撐聚合物薄膜黏流溫度的測量方法，包括以下步驟:
[0033](I)將基底支撐聚合物薄膜加熱至溫度T并維持溫度恒定；
[0034](2)將測試液體置于步驟(I)所述維持溫度恒定的聚合物薄膜表面，形成液滴，記錄液滴在聚合物薄膜表面放置時(shí)間t;
[0035](3)將步驟(2)中所述聚合物薄膜冷卻，除去所述聚合物薄膜表面的液滴，在所述除去液滴的聚合物薄膜表面的聚合物/液滴/空氣三相線處形成潤濕脊，測量潤濕脊的高度h；
[0036](4)改變所述聚合物薄膜的加熱溫度T，測量液滴在不同溫度聚合物表面放置后所形成潤濕脊的高度h;以步驟(3)中所述潤濕脊的高度h對(duì)步驟(I)中所述聚合物薄膜的溫度T作圖，得到h?T關(guān)系曲線；
[0037]當(dāng)步驟(I)中所述聚合物薄膜中聚合物的重均分子量大于纏結(jié)分子量時(shí)，所述h?T關(guān)系曲線包括玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)、橡膠彈性平臺(tái)區(qū)和黏性流動(dòng)區(qū)；
[0038]將所述橡膠彈性平臺(tái)區(qū)代表的直線向高溫方向延伸，并將所述黏性流動(dòng)區(qū)代表的直線向低溫方向延伸，兩條直線相交時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為所述聚合物薄膜的黏流溫度Tf。
[0039]本發(fā)明對(duì)于測定對(duì)象沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的基底支撐聚合物薄膜即可。在本發(fā)明中，所述聚合物薄膜的厚度優(yōu)選為10?lOOOnm，更優(yōu)選為50?500nmo
[0040]在本發(fā)明中，所述聚合物薄膜中聚合物優(yōu)選為線性聚